本特別推進研究の主要課題の一つであるフェムト秒時間分解透過型電子回折装置が、その完成に向けて大きく前進しました。
この装置は、チタンサファイヤレーザーの３倍高調波によって銅のターゲットから放出されるフェムト秒電子パルスを
ＲＦ電場によって瞬時に相対論的領域まで加速するフォトカソード部、３組の電子レンズを有し超高真空下での透過回折像を
検出器に拡大投影する回折部、そして、回折パターンを高感度で検出する撮像部からなっています。
今回、この開発中の装置を用いて、鮮明なAl薄膜からの透過回折像を検出することに成功しました。
下の写真は、回折装置の全体像と厚さ400 nmのAl薄膜からの透過回折像です。
各面指数に対応したリングが鮮明に観測されています。
この結果は、発生したMeVの電子ビーム特性が、エミッタンス特性およびエネルギー分解能とも、
設計通りの高いビーム質を実現していることを示すとともに、レンズ系を含む回折部の性能も、
十分の特性を有していることを示しています。現在、装置開発は、励起レーザとプローブ電子パルスの時間的同期の実現と
検出器の高感度化に向けた最終調整段階に入っており、間もなく、光誘起構造相転移のフェムト秒動力学に対する研究が開始されます。

 

本研究で光誘起構造相転移の理論的研究を分担する那須　奎一郎先生のグループによって、
光誘起ダイヤファイト相創製の初期過程である相関局所結合の発生過程が解明されました。
まず、２つのグラファイト層における電子-正孔対の局在が、
層間電荷移動遷移によって有限の確率で発生する事を量子力学的に
厳密に証明した後、電子－正孔が局在した炭素原子間にsボンドが結合される条件を
分子動力学的手法によって詳細に研究しました。
その結果、局所領域に4.5　eV程度の過剰エネルギーが付与されると、相関s結合が効果的に発生することが明らかになりました。
このように形成された局所的層間ボンドを起点として励起の凝縮が起こり、Diaphiteのナノドメインが成長していくと考えられます。
この内容は、Physical Review Bに発表されています。
K. Nishioka and K. Nasu, Phys. Rev. B 80 (2009)235420(1-8).

 

本特別推進研究の成果の一つである、フェムト秒レーザー励起による
”ダイヤファイト”創製の論文 (Phys. Rev. Lett. 102, 087402 (2009)) が、Nature誌のResearch Highlightsで紹介されました！
Materials science: Diaphite domains Nature 458, 129 (12 March 2009) | doi:10.1038/458129d; Published online 11 March 2009

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

最初の論文は、フェムト秒レーザ励起によってグラファイト表面層で生成される新規なダイヤモンド様sp3構造
”Diaphite”に関する論文です。走査型トンネル顕微鏡およびトンネル分光による構造電子状態に関する実験的研究と
第一原理計算による理論的研究の有機的共同研究の結果生まれた成果です。
そして、もう一つは、光誘起構造相転移をトリガーする電子励起状態の超高速緩和過程を、
Si結晶の伝導電子を対象にして、フェムト秒時間分解光電子分光法を駆使して直接観察した結果に基づくものです。
超高速の格子系へのエネルギー伝達過程の存在や、ホットエレクトロンのエネルギー緩和過程が直接的に解明されています。
連続して掲載された事は偶然であるとはいえ、物理学関係で最もインパクトが大きい学術誌の一つと認められている国際学術誌に
本特別推進研究の成果が発表されました。！